电机及拖动第十二章

1、第第12章章三相异步电动机的调速l三相异步电动机调速方法分类三相异步电动机调速方法分类 由异步电动机转速表达式由异步电动机转速表达式常用的调速方法有常用的调速方法有改变定子绕组的极对数调速（变极调速）；改变定子绕组的极对数调速（变极调速）；改变电源的频率调速（变频调速）；改变电源的频率调速（变频调速）；改变转差率调速。（改变定子绕组外加电压改变转差率调速。（改变定子绕组外加电压调速；绕线转子电路串电阻调速；电磁滑差调速；绕线转子电路串电阻调速；电磁滑差离合器调速；串级调速等）离合器调速；串级调速等）)1 (60)1 (1spfsnns 12.1 变变 极极 调调 速速l变极调速原理变极调速原理

2、 变极调速是通过改变定子绕组的连接方法，变极调速是通过改变定子绕组的连接方法，改改变电动机的极对数，使同步转速改变，达到改变变电动机的极对数，使同步转速改变，达到改变电动机的转速。电动机的转速。l变极调速一般用于鼠笼型异步电动机。变极调速一般用于鼠笼型异步电动机。1.变极原理变极原理 假设定子每相绕组是由两个完全相同的假设定子每相绕组是由两个完全相同的“半半相相绕组绕组”构成，当两个构成，当两个“半相绕组半相绕组”串联或并联时，串联或并联时，可以形成不同的极对数。可以形成不同的极对数。 两个两个“半相绕组半相绕组”顺接串联形成四极磁场顺接串联形成四极磁场 电路连接电路连接 定子四极磁场定子四极

3、磁场 两个两个“半相绕组半相绕组”反接串联形成二极磁场反接串联形成二极磁场 电路连接电路连接 定子二极磁场定子二极磁场 两个两个“半相绕组半相绕组”反接并联形成二极磁场反接并联形成二极磁场 电路连接电路连接 定子二极磁场定子二极磁场2.两种常用的变极方法两种常用的变极方法Y接接双双Y接变极方法接变极方法Y接时两个接时两个“半相绕组半相绕组”为顺接串联，高极对为顺接串联，高极对数。双数。双Y接时两个接时两个“半相绕组半相绕组”为反接并联，为反接并联，低极对数。低极对数。接接双双Y接变极方法接变极方法接时两个接时两个“半相绕组半相绕组”为顺接串联，高极对为顺接串联，高极对数。双数。双Y接时两个接时

4、两个“半相绕组半相绕组”为反接并联，为反接并联，低极对数。低极对数。l注意：在变极调速，改变绕组连接时，为保注意：在变极调速，改变绕组连接时，为保持转子的旋转方向不变，必须同时改变外施持转子的旋转方向不变，必须同时改变外施电源的相序。电源的相序。例如：例如：双双Y接（低极对数，高速，接（低极对数，高速，2p=2）YY接接（高极对数，低速，（高极对数，低速，2p=4）时，定子绕组的空）时，定子绕组的空间位置为：间位置为： 000240相W，120相V，0相UY接：双0000120480相W，240相V，0相U接：Y3.变极调速时的容许输出变极调速时的容许输出容许输出是指在调速过程中，如果保持定、

5、转容许输出是指在调速过程中，如果保持定、转子绕组线圈中的电流为额定值的条件下，电动子绕组线圈中的电流为额定值的条件下，电动机所允许输出的功率或转矩的限制值。机所允许输出的功率或转矩的限制值。由输出功率由输出功率当忽略定子绕组损耗时，有当忽略定子绕组损耗时，有) 1 (cos11112IUIUmPxx)2(9550955011pIUnPnPTxssemY接接双双Y接变极调速方法接变极调速方法则有则有2123/3/1122NNNNYYYIUIUPP）（）（12/23/3/11）（）（）（pIUpIUTTNNNNYYY，高速双，低速相电流相电压极对数N11NxN11NxI2I ， 3/UU ， p/

6、2接：YII ， 3/UU ，p 接：Y Y接接双双Y接变极调速方法：在变极调速前后接变极调速方法：在变极调速前后容许输出转矩不变，属于恒转矩调速方式。适容许输出转矩不变，属于恒转矩调速方式。适合恒转矩负载。合恒转矩负载。接接双双Y接变极方法接变极方法，高速双，低速相电流相电压极对数N11NxN11NxI2I ， 3/UU ， p/2接：YII ， UU ，p 接： 则有则有接接双双Y接变极调速方法：在变极调速前后，接变极调速方法：在变极调速前后，容许输出功率近似恒定，接近恒功率调速方式。容许输出功率近似恒定，接近恒功率调速方式。比较适合恒功率负载。比较适合恒功率负载。866. 02323/1

7、122NNNNYYIUIUPP）（732. 132/23/11）（）（pIUpIUTTNNNNYY)()(2)()(4)4221221122121221121221211121XXRRfRpUmTXXRsXXfpUmXXRRfpUmTxstmxxm（4.变极调速时的机械特性变极调速时的机械特性讨论机械特性的三个特殊点：讨论机械特性的三个特殊点：理想空载点、最大转矩、临界转差率、起动点理想空载点、最大转矩、临界转差率、起动点42I2I ， 3UU ，2p接：YII ， 3UU ，p 接：Y 1N11Nx1N11NxRnRnss，高速双，低速相电流相电压极对数Y接接双双Y接变极调速方法接变极调速方

8、法则有则有) 1 (21)44(2)/2121XXpXXpTTmYYmY（临界转差率和起动转矩为临界转差率和起动转矩为 对应的机械特性对应的机械特性)2(1mYYmYss)3(21stYYstYTT42I2I ， 3UU ，2p接：YII ， UU ，p 接： 1N11Nx1N11NxRnRnss，高速双，低速相电流相电压极对数接接双双Y接变极调速方法接变极调速方法则有则有) 1 (23)44()3(2)/21212121XXUpXXpUTTNNmYYm（临界转差率和起动转矩为临界转差率和起动转矩为 对应的机械特性对应的机械特性)2(1mYYmYss)3(23stYYstTT 12.2 变频调

9、速变频调速l改变频率调速时的问题改变频率调速时的问题 由异步电动机定子电路电动势平衡方程：由异步电动机定子电路电动势平衡方程：1）如果定子相电压保持不变，降低频率使转速下）如果定子相电压保持不变，降低频率使转速下降时，则主磁通增大，大于额定运行时的主磁通，降时，则主磁通增大，大于额定运行时的主磁通，使磁路过分饱和，导致励磁电流增大，功率因数降使磁路过分饱和，导致励磁电流增大，功率因数降低；低；2）增大频率时，主磁通降低，小于额定运行时的）增大频率时，主磁通降低，小于额定运行时的主磁通，使容许输出转矩下降。主磁通，使容许输出转矩下降。111144. 4WxkNfEU1.为使变频调速时主磁通保持不

10、变，端电压的变为使变频调速时主磁通保持不变，端电压的变 化规律化规律l即端电压必须与频率成比例改变。即端电压必须与频率成比例改变。1）对于恒转矩负载，同时还可以使过载能力保）对于恒转矩负载，同时还可以使过载能力保 持不变。持不变。 设频率改变后，电动机的频率、过载能力和电设频率改变后，电动机的频率、过载能力和电压分别为压分别为常数11144. 4WxkWfU1xTUKf，则在频率改变前，最大转矩有则在频率改变前，最大转矩有而而当频率改变后，最大转矩为当频率改变后，最大转矩为21)(fKUCKTTTxTmN212121)()(2fUCXXUmTxsxmmxxmTfUCfUCT2121)()(对恒

11、转矩负载，有对恒转矩负载，有 即频率改变前后，即频率改变前后，电磁转矩保持不变。电磁转矩保持不变。频率改变后频率改变后频率改变前频率改变前常数，ZTTTZNNxTNxTxTTmNKKTTTfUKCTfUKCfUKCKTT212121)()()(2）对于恒功率负载，如果要保持过载能力不变，）对于恒功率负载，如果要保持过载能力不变，端电压与频率的关系为端电压与频率的关系为证明：对于恒功率负载证明：对于恒功率负载常数1fUx) 1 (11ffTTTTPssNNsNsNTN如果要保持过载能力不变，即如果要保持过载能力不变，即则由则由TTKK 1121122121)2()()(ffUUffUUfUKCf

12、UKCTTxxxxxTxTNN对于恒功率负载，端电压与频率的关系满足对于恒功率负载，端电压与频率的关系满足 条件时，则在调速前后电动机的过载能力保持条件时，则在调速前后电动机的过载能力保持不变，但主磁通将发生变化。不变，但主磁通将发生变化。变频调速最适合恒转矩性质的负载。变频调速最适合恒转矩性质的负载。2.变频调速时的机械特性变频调速时的机械特性1）对理想空载点（同步转速），有）对理想空载点（同步转速），有常数11fUfUxx1160fpfns2）当频率相对较高时，有）当频率相对较高时，有如果按保持主磁通不变，改变频率时，即端电如果按保持主磁通不变，改变频率时，即端电压与频率成正比，最大转矩不

13、变，临界转差率与压与频率成正比，最大转矩不变，临界转差率与频率成反比。频率成反比。121121)(2RLLfXX212121221212112112)(8)(21)(2fUCfLLpUmXXUmTfLLfRsxxsxmm最大转矩时的转速降为最大转矩时的转速降为即在频率变化时，最大转矩时的转速降不变。即在频率变化时，最大转矩时的转速降不变。3）对于起动转矩）对于起动转矩在频率较高时，起动转矩随频率的降低而增大。在频率较高时，起动转矩随频率的降低而增大。112122122122111fffUCXXRRRUmTxxsst常数)(26060)(221212112LLpRpfLLfRnsnsmm在频率较

14、高时，改变频率时的人为机械特性可在频率较高时，改变频率时的人为机械特性可以看成是固有机械特性的平移，特性的硬度不以看成是固有机械特性的平移，特性的硬度不变。变。4）在频率相对较低时，）在频率相对较低时，定子电阻不能忽略，如定子电阻不能忽略，如果按果按 改变电改变电压压 ，则随频率的降低，则随频率的降低，最大转矩将减小。同时，最大转矩将减小。同时，起动转矩减小。起动转矩减小。 常数1fUx例：一台三相鼠笼型异步电动机，额定数据为例：一台三相鼠笼型异步电动机，额定数据为定子绕组为定子绕组为接。采用变频调速，使接。采用变频调速，使的恒转矩负载的转速降为的恒转矩负载的转速降为 ，试求，试求变频电源的输

15、出电压和频率。变频电源的输出电压和频率。 min/1000rn ，min/1455A30V380rnIUNNNNzT.T80024. 08 . 08 . 028 . 02ABABABBmmNBAmmNAssTTssssTTTssTTT解解：该电动机的同步转速及额定转差率为：该电动机的同步转速及额定转差率为则由机械特性的线性表达式则由机械特性的线性表达式AsNsNssnnnsrn03. 0150014551500min/1500则在则在0.8倍额定负载时转速降为倍额定负载时转速降为变频调速后，人为特性的硬度不变，转速降不变频调速后，人为特性的硬度不变，转速降不变，则变频后的同步转速为变，则变频后

16、的同步转速为则变频电源的输出电压频率为则变频电源的输出电压频率为min/361500024. 0rnsnnnsBBsBmin/1036100036min/3611rnnnrnnnnCCsBCsCZ111H53.34601036260spnf对于恒转矩负载，按端电压与频率成正比降低，对于恒转矩负载，按端电压与频率成正比降低，则变频电源的输出电压为则变频电源的输出电压为V4 .2623805053.3411111111xxxxUffUfUfU12.3 改变转差率调速（能耗转差调速）改变转差率调速（能耗转差调速）一、绕线转子电动机转子电路串电阻调速一、绕线转子电动机转子电路串电阻调速1.调速原理调速

17、原理 当绕线转子异步电动机转子电路串入电阻瞬当绕线转子异步电动机转子电路串入电阻瞬间，转速不能突变，转差率不能突变。由转子电间，转速不能突变，转差率不能突变。由转子电流及电磁转矩的关系，转流及电磁转矩的关系，转子电流减小，使电磁转矩子电流减小，使电磁转矩相应减小，小于负载转矩，相应减小，小于负载转矩，电动机减速。转差率增大，电动机减速。转差率增大，使转子电动势和电流重新使转子电动势和电流重新增大，直到电磁转矩与负增大，直到电磁转矩与负载转矩相平衡。载转矩相平衡。2222222cosICTXsRREITJ2.转子电路串电阻时的人为机械特性转子电路串电阻时的人为机械特性特点特点：与固有机械特性相比

18、：与固有机械特性相比理想空载点相同；理想空载点相同；最大转矩大小不变，临界最大转矩大小不变，临界 转差率增大；转差率增大；转子串联电阻不大时，起转子串联电阻不大时，起 动转矩增大；动转矩增大；转子串联电阻越大，人为转子串联电阻越大，人为 机械特性越软。机械特性越软。nT2211nTnT3.调速电阻的计算调速电阻的计算在额定电压下，在额定电压下， 如果调速前后保持转如果调速前后保持转子电流为额定值，即子电流为额定值，即则转子串联电阻为则转子串联电阻为，N2221222222222XsRREXsREIINN211221 RssRsRRsRNN4.调速方式调速方式转子侧的功率因数为转子侧的功率因数为

19、则转矩为则转矩为调速前后转矩不变，为恒转矩调速方式。适合调速前后转矩不变，为恒转矩调速方式。适合恒转矩负载。恒转矩负载。NNNXsRsRXsRRsRR22222222212122cos)/(/ )(cos定值NNNTJICT22cos5.转子调速时的经济性转子调速时的经济性串入电阻调速后，转子的铜损耗为串入电阻调速后，转子的铜损耗为不考虑机械损耗，则输出功率为不考虑机械损耗，则输出功率为调速时转子电路的效率为调速时转子电路的效率为随着转速降低，转差率增大，转子电路功率损随着转速降低，转差率增大，转子电路功率损耗增大，转子侧的效率降低。耗增大，转子侧的效率降低。TsPRRIP)(32222TPsP)1 (2